結構型模式

組合模式（Composite Pattern）

組合模式使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。
有時候又叫做部分-整體模式，它使我們樹型結構的問題中，模糊了簡單元素和復雜元素的概念，客戶程序可以像處理簡單元素一樣來處理復雜元素,從而使得客戶程序與復雜元素的內部結構解耦。
組合模式讓你可以優化處理遞歸或分級數據結構。有許多關于分級數據結構的例子，使得組合模式非常有用武之地。關于分級數據結構的一個普遍性的例子是你每次使用電腦時所遇到的:文件系統。文件系統由目錄和文件組成。每個目錄都可以裝內容。目錄的內容可以是文件，也可以是目錄。按照這種方式，計算機的文件系統就是以遞歸結構來組織的。如果你想要描述這樣的數據結構，那么你可以使用組合模式Composite。

適用場景

1. 管理層次結構：

   • 當你需要表示對象的部分-整體層次結構時，可以使用組合模式。

2. 統一單個對象和組合對象的處理方式：

   • 當你希望客戶端無需區分單個對象和組合對象即可操作它們時。

3. 簡化代碼結構：

   • 通過將統一的操作應用于組合結構的所有元素，可以簡化客戶端代碼。

組合模式的核心組件

組件（Component）

所有參與組合模式的對象都需要實現一個‘組件’接口。這個接口規定了一系列的操作，如添加、刪除、以及獲取子元素等，確保所有的對象都可以被一致對待。

葉節點（Leaf）

在組合模式中，葉節點代表沒有子節點的對象。它是組合結構的基本元素，不能再被分解。

復合節點（Composite）

與葉節點相對應，復合節點是那些含有子節點的對象。它實現了組件接口中與子節點操作相關的方法，如增加或刪除子節點。

實現示例（Java）

以下是一個簡單的組合模式的實現示例，展示如何將對象組織成樹形結構，并統一處理。

1. 定義組件接口

public interface Component {void operation();void add(Component component);void remove(Component component);Component getChild(int i);
}

2. 定義葉節點類

public class Leaf implements Component {private String name;public Leaf(String name) {this.name = name;}public void operation() {System.out.println("Leaf " + name + ": operation");}public void add(Component component) {throw new UnsupportedOperationException();}public void remove(Component component) {throw new UnsupportedOperationException();}public Component getChild(int i) {throw new UnsupportedOperationException();}
}

3. 定義組合類

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Composite implements Component {private List<Component> children = new ArrayList<>();private String name;public Composite(String name) {this.name = name;}public void operation() {System.out.println("Composite " + name + ": operation");for (Component component : children) {component.operation();}}public void add(Component component) {children.add(component);}public void remove(Component component) {children.remove(component);}public Component getChild(int i) {return children.get(i);}
}

4. 客戶端代碼

public class Client {public static void main(String[] args) {Composite root = new Composite("root");Composite branch1 = new Composite("branch1");Composite branch2 = new Composite("branch2");Leaf leaf1 = new Leaf("leaf1");Leaf leaf2 = new Leaf("leaf2");root.add(branch1);root.add(branch2);branch1.add(leaf1);branch2.add(leaf2);root.operation();}
}

優點

1. 簡化客戶端代碼：

   • 客戶端可以統一對待單個對象和組合對象。

2. 增加新類型的組件容易：

   • 在不修改現有代碼的情況下，可以很容易地添加新類型的組件。

3. 形成樹形結構：

   • 明確地定義了復雜對象的組成部分和子部件的層次關系。

缺點

1. 設計復雜：

   • 設計組合結構時，需要仔細考慮整體與部分的關系，可能會導致設計上的復雜性。

2. 過度泛化：

   • 組件接口的設計可能過于泛化，導致一些組件實現了它們不需要的操作。

類圖

Client|v
Component <---- Composite|vLeaf

總結

組合模式提供了一種靈活的結構，用于表示具有層次結構的對象。它使得客戶端可以統一地處理單個對象和組合對象，簡化了客戶端代碼的復雜性。這種模式特別適合那些需要處理對象集合的場景，例如圖形用戶界面組件、文件系統等。